EDPF-NT Plus系統(tǒng)在污泥處理裝置中的Modbus RTU總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn)

段彤

（北京國電清新環(huán)保技術(shù)股份有限公司，北京 100142）

0 引言

EDPF-NT Plus系統(tǒng)問世以來，在火電系統(tǒng)的機組控制的應(yīng)用上獲得了巨大成功。本次在鹽倉污水處理廠污泥處理裝置中，通過EDPF-NT Plus的通訊模塊再通過Modbus-RTU總線對制氧機、電磁加熱器、電熱管加熱器等成套設(shè)備進行控制和監(jiān)視，是EDPF-NT Plus系統(tǒng)在污水處理領(lǐng)域應(yīng)用的一個重要嘗試。提供了既利用EDPF-NT Plus系統(tǒng)的控制算法豐富、人機界面友好、運行安全可靠等特點，又最大程度地發(fā)揮裝置中各分系統(tǒng)的效能，節(jié)約投資的一個設(shè)計思路。

1 國電智深EDPF-COMII通訊模塊概述與接線方式

EDPF-COMII通訊模塊是國電智深EDPF-NT分布式網(wǎng)絡(luò)測量單元，具有4個RS485串口，1個RS232串口。其中，兩個RS485串口用HDLC協(xié)議和DCS的DPU（Distributed Control Unit）通訊，剩下兩個RS485串口可獨立設(shè)定為Modbus總線的主站或從站。

每一路串口通道最多可以帶32個從站（slave），每個COM-II通訊模塊有1028個寄存器。其中，0～128的寄存器為數(shù)字量、模擬量混用寄存器，128～1028的寄存器為模擬量專用寄存器。如果0～128個寄存器完全用于數(shù)字量使用,則可以有128×16=2048個數(shù)字量。這剩下的兩個和外部設(shè)備通訊的RS485接口可以共用這個通訊模塊中的1028個寄存器。

RS485接口與S7-200PLC接線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，一路RS485接口可以構(gòu)成一個Multidrop的串口總線。作為從站（slave）的電加熱器、制氧機、電磁加熱器的S7-200PLCCN系列的PLC，并行連接到RS485的主干通道上。其中電加熱器的從站地址（Node）為20、制氧機的從站地址（Node）為21、電磁加熱器的從站地址（Node）為22。

圖1 COMII通訊模塊與電加熱器、制氧機、電磁加熱器通訊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.1 The Network Topology of the COMII Module and Heater,Oxygenator,as well as Galvanothermy Tube

圖2 模塊SAMA圖Fig.2 The module SAMA diagram

圖3 超級終端輸入指令界面Fig.3 The instructions interface of hyper terminal

2 通訊模塊的參數(shù)設(shè)置和模塊SAMA圖組態(tài)及邏輯SAMA圖組態(tài)

EDPF-COMII模塊配有單獨的RJ11的監(jiān)控口，用戶可以通過它，利用專用的RS232的電纜和Window2000或WindowXP的超級終端（如圖3所示），對Modbus任務(wù)進行設(shè)置，并監(jiān)視、檢查EDPF-COMII模塊的運行狀態(tài)。

2.1 通訊模塊的基本參數(shù)的設(shè)置

首先確定S7-200PLC的串行接口的通訊參數(shù)：通訊速率為9600，無奇偶校驗位、8位數(shù)據(jù)位[1]，然后用S命令設(shè)定COMII通訊模塊的參數(shù)：#S=COM2 9600 N 8 1 1 M 1000，和S7-200PLC的通訊參數(shù)相對應(yīng)。上述命令共有7項，其中第0項表示要設(shè)定的端口號；第1項表示要設(shè)定通訊口的波特率，除本端口設(shè)定的9600bit/s外，還支持19200bit/s、57600bit/s、115200bit/s等；第2項表示奇偶校驗，0表示奇校驗，E表示偶校驗，N表示無校驗；第3項表示8位數(shù)據(jù)位；第4項表示1位停止位；第5項的意思如下：通訊模塊作為主站時無意義，通訊模塊作為從站時表示從站的地址，可以隨意設(shè)定；第6項表示此通訊口設(shè)定為主站模式（master）還是從站模式（slave）；第7項表示此串口每項通訊任務(wù)執(zhí)行正確后的延長時，這里為1000×2ms=2s。

2.2 以電熱管加熱器為例的COMII通訊模塊的SAMA圖組態(tài)

如圖2所示，國電智深EDPF-NT Plus系統(tǒng)的模塊組態(tài)和邏輯組態(tài)基于Visio平臺。在Visio的IO模具中找到COMAI、COMAO、COMAO的模塊。然后拖入到Visio的空白處，其中COMAI在系統(tǒng)的屬性中選擇主模塊地址為18，卡件的位置為C6（第C排的第6個）。主模塊寄存器起始地址為1000；COMAO的主模塊地址為18，卡件的位置為C6，主模塊寄存器的起始地址為1064，第二塊COMAO的起始地址為1128（模擬量占用兩個寄存器）。和普通的數(shù)字量和模擬量不同的是，COM通訊模塊依據(jù)對其寄存器分配情況，可以在模塊組態(tài)中對應(yīng)多個虛擬模塊。因為S7-200PLC的通訊模塊的寄存器需要接收的是整數(shù)型數(shù)據(jù)，所以這里選擇的數(shù)據(jù)類型為uint16。

2.3 通過Windows超級終端對通訊模塊的寄存器進行設(shè)置

2.3.1 Modbus的功能碼中W命令的格式

W命令在“=”后面有0～7，共8個參數(shù)項，命令的格式為

評語集N={優(yōu)，良，中，差}，其中，優(yōu)(4分)，良(3分)，中(2分)，差(1分)；權(quán)重集X={0.15,0.35,0.20,0.30}，即色澤15分，口感35分，組織狀態(tài)20分，風(fēng)味30分，共100分。

COM1 TASKID(0～255) SLAVEADDR(1～128) FUNC SAddr NRegs MemSAddr TOver[2]

其中，參數(shù)的含義如下：

第0項為要設(shè)定的通訊端口號，在本項目中本文用通訊模塊的第二通道與加熱器相連。所以，在第0項設(shè)定為COM2；TASKID(0～255)表示從第0個任務(wù)開始的任務(wù)列表；SLAVEADDR(1～128)表示COM模塊要訪問的設(shè)備地址，在Multidrop的模式下，電加熱器S7-200PLC中已經(jīng)設(shè)定好的設(shè)備地址為20，此處設(shè)定也為20。

FUNC是命令功能代碼：

功能碼1：讀取從站的只讀線圈狀態(tài)（00001按位寫至內(nèi)存）。

功能碼2：讀取從站只讀開關(guān)量狀態(tài)（10001按位寫至內(nèi)存中）。

功能碼3：讀取從站中保存寄存器（40001）開始的內(nèi)容寫至內(nèi)存中。

功能碼4：讀取從站模擬量寄存器（50001）開始的內(nèi)容寫到內(nèi)存中。

功能碼5：讀取COM模塊中內(nèi)存的數(shù)據(jù)，僅從0～127個寄存器中某一位中讀取。

功能碼16：讀取COM模塊中的內(nèi)存數(shù)據(jù)，寫至從站中（40001）開始的保存寄存器[3]。

SAddr：Multidrop總線網(wǎng)絡(luò)的下面各S7-200PLC的寄存器或線圈的起始地址，輸入數(shù)值=起始地址-4000，如果起始地址為4006，則輸入的數(shù)值應(yīng)為6。

圖4 點記錄編輯界面一Fig.4 The 1st interface of point editor

圖5 點記錄編輯界面二Fig.5 The 2nd interface of point editor

圖6 邏輯SAMA圖Fig.6 The logic SAMA diagram

NRegs：讀寫寄存器或者線圈的數(shù)量。

MemSAddr：表示輸入輸出數(shù)據(jù)位對應(yīng)的EDPF-COMII模塊內(nèi)存區(qū)起始地址。

Tover：通訊任務(wù)等待超時（單位時間為2ms）。

2.3.2 FUNC命令3號功能碼的使用

例如#W=COM2 0 20 3 6 1 1000 1000，這個命令行表達(dá)的意思是：設(shè)定的通訊模塊的端口號為COM2，第0個任務(wù)，讀取的從站為Multidrop的第20號站，讀取從站中4006寄存器的狀態(tài)，存入COM通訊模塊中地址為1000的寄存器中，通訊任務(wù)的等待超時為2ms×1000=2s。

2.3.3 FUNC命令16號功能碼的使用

例如#W=COM2 15 20 16 0 1 1064 1000，這個命令行表達(dá)的意思是：設(shè)定的通訊模塊的端口號為COM2，第15個任務(wù)，從站為Multidrop的第20號站，將COMII通訊模塊中1064的寄存器中的內(nèi)容，寫入S7-200PLC中地址為4000的寄存器中，通訊任務(wù)的等待超時為2ms×1000=2s。

2.4 利用點記錄編輯器對COM模塊點增加點

和增加普通模塊的點一樣，也可以用點記錄編輯器給COM模塊增加數(shù)字量點和模擬量點。設(shè)置點名為2COM1064（見圖4），選擇的模塊為DPU_C6_1064（見圖2），選擇的通道為1，因為S7-200PLC的地址表為4000的寄存器要求量程的范圍是（32000～6400），所以在圖5的信號上下限設(shè)定：32000～6400（這一點和普通的硬接線點不一樣）；在量程上下限設(shè)定：32000～6400。

2.5 對COMAO模塊中的點進行SAMA邏輯組態(tài)

圖6為邏輯SAMA圖，圖形的左邊是模擬量算法和開關(guān)量算法選擇庫，功能塊T為轉(zhuǎn)換模塊，當(dāng)虛線的選擇的箭頭的邏輯為1時，Y引腳的邏輯就處于導(dǎo)通狀態(tài)[4]。SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1兩個中間數(shù)字量點同時為1時，現(xiàn)場加熱器所控制的溫度-氧化反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)溫度TI103_TE通過折線函數(shù)f(x)自動給2COM1064賦值；如果SH999_TEMPT和MANUAL_AUTO1兩個中間數(shù)字量點有一個為0時，則可以進行手動賦值。這樣，通過Mulidrop網(wǎng)絡(luò)，COM_II通訊卡的第1064個寄存器內(nèi)的整數(shù)數(shù)據(jù)，就可以傳到S7-200PLC的以4000為起始地址的寄存器中。經(jīng)S7-200PLC轉(zhuǎn)換后，通過AO通道給可控硅控制器的輸出賦值，完成調(diào)功加熱工作。

3 結(jié)束語

在污泥處理中，利用DCS的通訊模塊與分系統(tǒng)的PLC采用Multidrop方式通訊有如下優(yōu)點：

可以保持原有分系統(tǒng)的完整性。各個分系統(tǒng)的廠家對其設(shè)備非常熟悉，在配置參數(shù)的時候，必然采取最佳方案，尤其是制氧機、電熱管加熱器等較為復(fù)雜的分系統(tǒng)，采用其生產(chǎn)廠家配套的PLC進行數(shù)據(jù)采集、參數(shù)控制，就更加安全、精確、迅速。這就避免了因DCS組態(tài)人員對于分系統(tǒng)的工藝、設(shè)備不熟悉或者硬件配置上的失誤而延長調(diào)試時間或在調(diào)試過程中造成不必要的設(shè)備損壞或人員傷害。

可以大量節(jié)省DCS硬件投資。以此次鹽倉污泥處理項目為例，如果所有的信號都通過硬接線接入DCS，就會需要大量的電纜。經(jīng)過計算,電加熱器、制氧機、電磁加熱器的S7-200PLC的投資也遠(yuǎn)小于所需增加的DCS模塊的投資。

[1]張子榮.S7-200PLC的Modbus RTU的從站通訊在化工火炬中的應(yīng)用[J].中國石油化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2012,4:22-23.

[2]北京國電智深控制技術(shù)有限公司,EDPF-NT Plus通訊模塊COMII使用手冊[Z].2009,4:5-8.

[3]呂國芳,唐海龍,李進.基于Modbus RTU的串口調(diào)試軟件的實現(xiàn)[J].計算機技術(shù)與發(fā)展,2009,(19)9:236-239.

[4]北京國電智深控制技術(shù)有限公司,EDPF-NT Plus控制算法參考手冊[Z].2010,12:162-166.